基于远程遥操作的水下运载器的控制器设计

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基于鲁棒自适应控制、PD控制、线性矩阵不等式LMI和遥操作机器人系统,本文对水下运载器ROV的控制进行了系统的研究。全文由以下几部分组成:第一章节主要是帮助读者更好地理解本文之所以选ROV和遥操作机器人系统作为研究对象的原因。故本章节首先介绍了水下机器人的分类和发展历程,明确了研究水下机器人控制方法的现实意义;其次介绍了遥操作机器人系统的发展历程和所面临的研究难点,明确了研究遥操作机器人系统控制方法的现实意义。鉴于ROV和遥操作机器人系统知识点较为繁杂,为了使读者更好地理解本文研究内容,本文的第二章节介绍了一些关于ROV和遥操作机器人系统的基础知识,主要包括ROV动力学模型建立的基础知识、ROV动力学模型的各个变量的物理意义、遥操作机器人系统的几种典型控制方法和控制结构、以及这些控制方法的特点。此外,第二章节还介绍了后面三个章节所要用到的李亚普诺夫稳定性相关知识,以及要用到的引理。基于前面两个章节的知识,本文在第三章节着重研究了运用鲁棒自适应方法控制ROV。这一研究内容主要是基于之前实验室ROV相关项目。不同于以往的ROV控制研究,本章节针对5自由度ROV动力学模型的参数不确定性设计了一种鲁棒自适应控制方法,其特点是不需要得知精确的模型参数,就可以获得较好的系统稳定性,解决了系统不确定性问题。通过对单个ROV进行鲁棒自适应控制研究,本文进一步构建了一组双边遥操作ROV系统,对这组ROV的运动控制和力反馈控制分别进行了研究,分别为本文的第四和第五章节。区别于以往的遥操作机器人系统研究,本文的研究对象动力学模型较为复杂,具有较高的非线性和模型不确定性,加大了控制的难度。此外,本文遥操作ROV系统的前向通道和后向通道时滞均为时变的,而之前大多数研究都为固定时滞。特别地,本文第四章节研究系统为不对称时滞,即的前向通道和后向通道的时滞不相等,并且假设遥操作ROV系统的主从ROV均可自由移动,即人力和环境力均为0;第五章节研究系统中则为对称时滞,人力为给定不变值,环境力未知。最后,本文对主要控制方案做了相应的仿真研究,仿真结果表明,本文所给出的控制器设计方案均可以获得良好的控制效果。
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